双金属等离子体光催化剂的设计合成及其在选择性有机合成中的性能研究

The combination of a plasmonic metal with the metal that can provide reactive sites offers rich tunability for construction of broadband responsive and efficient bimetallic plasmonic photocatalysts. This project is focused on the design and synthesis of bimetallic plasmonic photocatalysts based on Au-M (M= Pd, Pt) to utilize the capability of Au for efficient absorption of visible and NIR light, the catalytic properties of Pd/Pt for specific organic molecules, and the synergistic effect between the components (including the hot electron extraction from Au by Pd/Pt, and the enhanced interaction between Pd/Pt and the organic molecules due to the surface charge heterogeneity induced by hot electron transfer from Au to Pd/Pt). The performance of the bimetallic plasmonic photocatalysts towards selective organic synthesis will be investigated. The relationship among the microstructure, optical properties and activities of bimetallic plasmonic photocatalysts will be analyzed to reveal the underlying structure-activity correlation. Besides, the reaction mechanism of these photocatalysts for specific organic transformation reactions will be explored. Based on the above investigations, bimetallic plasmonic photocatalytic systems for selective organic synthesis are expected to be established.

将具有表面等离子体共振（SPR）效应的金属与可以提供反应活性位点的金属结合，为构建宽光谱响应的高效双金属等离子体光催化剂提供了丰富的可调控性。本项目拟设计合成基于Au-M (M=Pd, Pt)的双金属等离子体光催化剂，旨在利用Au对可见光和近红外光的有效吸收，Pd/Pt对特定有机分子的表面催化特性以及组分之间的协同作用（包括Pd/Pt对Au所产生热电子的提取，以及Au热电子转移到Pd/Pt所引起的双金属表面电荷异质性，可以增强Pd/Pt与有机分子之间的相互作用）。考察该类光催化剂在选择性有机合成反应中的性能，将双金属等离子体光催化剂的微观结构、光学性质与其催化性能进行关联，揭示内在的构效关系，探究该类光催化剂在特定有机转换反应中的作用机理，建立双金属等离子体光催化选择性有机合成体系。

该项目旨在利用金属纳米材料丰富的光学性质和电子特性，构建以金属材料为光响应单元或活性位端单元的复合光催化剂，表征该类光催化剂的微观结构、光学性质等，测试其在选择性有机合成反应中的性能，揭示微观结构、光学性质与其催化性能之间的构效关系，建立金属基光催化选择性有机合成体系。在该项目的支持下，项目组取得的主要进展如下：（1）利用金属Pt对于产氢反应过电位低的特性，结合组分空间分布的优化，实现了Pt纳米粒子作为光响应单元和活性位端单元双功能集成，同时发展了多电子累积策略。（2）利用金属Pd对特定有机分子的表面催化特性，在氧化石墨烯辅助构建的碳化钛基水凝胶基础上，原位还原制备了Pd/碳化钛/石墨烯水凝胶催化材料，将其用于水体中苯基硝基化合物的选择性还原，该催化剂具有简便分离并重复利用的优势。（3）利用金属Bi对特定有机分子的表面催化特性，基于Ti3C2Tx的大比表面积以及表面官能团在还原性环境中的优异稳定性，构建了Bi/Ti3C2Tx块体催化材料，该材料展现出优异的催化NaBH4还原苯基硝基化合物的活性与循环稳定性。（4）利用金属Bi与氮原子具有很强配位键合作用有助于氮气分子活化的表面特性，制备了具有内建肖特基结导向的单向光生载流子传输的零维/二维Bi/BiOBr光催化材料，其显著催化固氮合成氨反应同时有效抑制了产氢竞争反应的发生。.在项目执行期间，项目组已在Angewandte Chemie, Applied Catalysis B, Chinese Chemical Letters, Journal of Materials Chemistry A, Advanced Science, Catalysis Science & Technology等国际学术期刊上发表SCI论文共计8篇，项目负责人张楠参加学术会议1次。